EDA365欢迎您登录！
您需要 登录 才可以下载或查看，没有帐号？注册
x
本帖最后由 eastxidu 于 2019-6-21 10:11 编辑 " @0 d! o% D- ?
# P- t9 i* k# p% a! j8 d+ _* ~
1静电的产生以及测试现状 . e" {- y- m- k4 Y6 q- ^
静电是物体表面的静止电荷，这也是“静”字的由来。物体在接触、摩擦、分离、电解等过程中，将发生电子或离子的转移，正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡，就形成了静电。当物体表面的静电场梯度达到一定的程度，正电荷和负电荷发生中和，静电放电( ESD -Electro Static Discharge)现象就出现了。 静电和电子系统的关系，可以用两个字来表达：“破坏”。“据美国统计，美国电子行业部门每年因静电危害造成损失高达100亿美元，英国电子产品每年因静电造成的损失为20亿英镑，日本电子元器件的不合格品中不少于45％是因为静电造成的。”-- 以上数据摘自百度。而静电测试也一直是产品整机测试阶段中的风险控制点，原因在于这项测试很容易暴露缺陷，而且静电能量的泄放又和许多因素相关，处理起来比较复杂。 以往验证产品抗静电能力的途径是在标准静电实验室进行实测，在某个测试点位实施数次接触或空气放电，同时验证相关功能受到影响的程度。但如果追究以下问题如：在放电过程中，被测主板上的器件承受了多大的能量? 放置ESD器件前后，被保护器件承受的能量有多大的区别，ESD器件能否不焊接以节约产品成本? 物料替代时，看似两个参数很接近的ESD器件，哪一个的静电保护效果更优秀 ? 类似问题一时可能难以作出准确回答，原因归结于缺少定量测试的手段，如果能够进行此项测试 ： l 从产品开发上讲，测量主板上某颗芯片引脚的静电波形，对抗静电设计、产品可靠性验证以及分析静电导致器件损坏的情况将有指导意义。 l 从物料测试上讲，针对器件替换的情况，放电波形可以提供直观的对比，例如：峰值电压，能量泄放速度这些信息，进一步了解不同器件的保护效果。 本文主要阐述的就是测试静电放电电压波形的方法，以解决定量分析的问题。 2测试操作说明 2.1测试设备 0 ~3 i: u) G. R
: l# \& e0 |) Q( j$ r" |0 w- \4 I. n& N+ J# n5 |, Y+ c4 B. j) E4 c9 l9 l
![]() 2 f9 E2 s T7 o7 R
+ S: T$ z( p% ~6 ]9 V/ M( e" E1 u/ b0 i! D3 o8 S- L7 a
2.2测试环境实拍
6 C- k/ W! M7 o9 _ 环境1：测试ESD器件的静电放电电压波形
0 b1 e7 s8 ]# i. G7 b! m& V/ W2 {, k. S, m
E+ U2 a4 a' L# N
![]()
3 D% d$ H1 ]( l8 p j. |![]() , j5 n8 G6 I- M% T9 W$ O
4 `- {1 T% D- f( z% ` t
1 ?9 W- v/ ^$ B, }" |1 J+ h 环境2：测试产品主板在焊接ESD器件后，对应信号通路的静电放电电压波形。下图是CVBS信号通路，使用同轴线缆采集图中所示测试点的波形 ![]() - P% d% a2 w$ N
- a9 T8 ?3 I i- y, y: @4 ^3 S' g
! v3 X" w9 i5 \- r$ A' e, Z& J$ e ![]()
' _6 D% _/ a1 a# \2 |0 Q! B
7 P; F. i( G0 d8 j# b* u
+ U6 a! x8 s, u; C) j' t8 @# t1 z5 M 2.3测试步骤 1 a7 Y( u/ V4 R9 F" J0 w9 z3 T
l 将ESD器件焊接在测试主板上。 l 主板和静电枪通过低阻通路完成共地。 l 使用同轴线缆连接ESD器件信号端和示波器输入通道。 l 静电枪放电同时将电压波形采集到示波器，然后观察波形以及测量参数值。 注意： l 主板走线、线缆、示波器输入通道都需要是50ohm阻抗，这避免了信号反射对波形的影响，使其能反映真实情况。 l 利用两级-20dB衰减器将信号幅度进行100:1衰减，来适应示波器输入通道的电压幅值要求，起到保护示波器的目的。 0 Y* Q: d6 g, L5 u3 d% N4 L- U3 @
" o1 L. K* f- _$ i
: f$ ~. D; X, i 3测试结果 , Z8 k6 A! R/ K$ a& F7 B q
0 O h- I8 U! q9 _- w4 y1 | 3.1型号为ESD5B5.0ST1G的ESD器件接触放电电压波形测试 ; " W% _+ U! e/ N# C( ]
7 v. b6 |8 B% j A* C7 J$ x" [1 C+ K' `, [5 J. x: \
放电电压+4kV ![]() , L+ u* `+ Z7 u4 e# O1 v! A
4 v3 W& @, M$ m
/ I1 b! X! q$ ?" h2 }: E/ ] 放电电压-4kV ![]() ( o4 E1 T# l7 o7 g+ |; U
6 q8 r* f7 W7 F' t, m
2 \) f. P" p+ ^8 c3 R8 b3 z 3.2在ESD5B5.0ST1G的+8kV接触放电测试过程中，使用示波器的带宽限制功能，得到不同带宽条件下的测试结果 ( N5 o4 ]. y; b4 d- V$ S9 l; N
放电电压+8kV，带宽1GHz ![]() 1 o2 N6 d, M. t
+ Z. |4 d. J; j! {9 w- m1 ^5 @
; h% u# g, Z( m# g: }5 Z 放电电压+8kV，带宽350MHz ![]() ; a! K$ q8 g t) e+ i) z
2 h |2 q' w0 i% V3 T/ E @3 C1 D" J* m1 n1 a
放电电压+8kV，带宽250MHz ![]()
$ }! G: B) ^, W' v! n. I) a4 t3 c) K" z) a7 t
, Z$ H" L1 Y+ p& E 3.3主板的CVBS通路在焊接/不焊接ESD5B5.0ST1G器件条件下的接触放电电压波形测试 . e! q$ K0 Q% E! k
焊接器件，放电电压+8kV ![]() + r; |9 Y; j' r' ^& w& G
+ n# O% _& X y5 b0 r9 J' O1 W7 S4 E- a
不焊接器件，放电电压+8kV ![]()
: e8 [' M4 Z" o* N3 g! b
+ r1 Q* X0 U# Q6 h- k" V5 L
% F8 X% |1 e% _4 o U# |- W 4测试结果分析 4.1从±4KV放电电压波形中观察特征
4 `) ] ?) N- u: N( X l 峰值电压的绝对值在50V左右，而经历峰值以后电压幅度迅速衰减到10V左右。 l 相比较+4kV的衰减速度更慢，在250nS以后衰减到0V，而在-4kV放电时这个过程只需要150nS。 4.2从示波器的带宽对测试结果的影响来评估对系统带宽的要求 $ C5 ~. I) v: g5 F9 C
相关文献中较少提到静电测试系统的带宽要求，仅在《IEC 61000-4-2-2008 》中的“B.4.2 Test equipment required for ESD generator calibration”即静电发生器的校准章节中有此说明：针对电流波形的采集，推荐示波器带宽≥2GHz。从该标准中给出的4kV接触放电电流波形中也可以发现，第一个上升沿只有1nS左右，因此需要特别注意到测试系统的带宽。 ![]()
& @7 a& Q5 ^$ B$ t0 K2 f3 w6 [ q* y1 |& g& D
4 C- h. Q& k; R0 L/ m1 N
分别验证了示波器处于1GHz、350MHz、250MHz等3种带宽条件下的放电电压波形，如果仅从峰值电压测试结果上看，当带宽下降到250MHz时，测试数值明显降低了，可见已经不能满足要求。但从反映真实波形以及观察细节的角度出发，仍然建议使用更高带宽的示波器用于静电波形测试。 4.3从主板是否焊接ESD器件情况下的测试结果，验证器件对CVBS通路的静电保护作用 ! b& }* ~2 S$ M; ^+ w
l 放电峰值电压降低，在焊接ESD器件后电压值衰减了10倍左右，约从700V下降到70V。 l 能量泄放速度加快，观察放电50nS后的电压值，不焊接器件时约从峰值的700V衰减到300V，百分比下降到42%；而在焊接器件后电压约从峰值的70V衰减到10V，百分比下降到14%。 5总结 利用这个测试系统捕获的静电放电电压波形，作为定量测试手段，在产品开发以及物料替代的验证测试过程中将体现出价值。但需要注意测试结果与测试环境关系很大，因此更适合在不同待测设备之间作横向对比，评估其差异。
% h! y$ c8 u, Z8 [* } | 
/1 
发表于 2019-6-21 09:30
收藏
淘帖
支持！
反对！
楼主
